OBTENCION Y CARACTERIZACION DE PECTINA EXTRAIDA DE LA CASCARA DE CACAO (Theobroma cacao L.) MEDIANTE HIDROLISIS ACIDA/PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF PECTIN EXTRACTED FROM COCOA HULLS (Theobroma cacao L.) BY ACID HYDROLYSIS

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RESUMEN

Antecedentes: la cáscara de cacao (Theobroma cacao L.) es considerada como materia prima de relativo bajo costo por ser un subproducto de la industria cacaotera y que actualmente está siendo sub-aprovechado y podría ser una fuente factible de producción de pectinas a nivel industrial. Objetivo: El presente estudio tuvo como objetivo la extracción y caracterización de la pectina a partir de la cáscara de cacao (Theobroma cacao L.). Métodos: La pectina se extrajo por el método de hidrólisis acida empleando ácido cítrico y ácido sulfúrico como agentes de extracción, durante 60 min de calentamiento a 85 °C a pH 2,0 y 3,0 de acuerdo a (1), (2) y (3) estableciendo un diseño factorial multicategórico 2 factores, 2 niveles. La pectina se caracterizó en términos de contenido de metóxilos y de ácido galacturónico (AGA) en base a lo propuesto por (4). Se utilizó el programa estadístico Statgraphics® Plus 5.1 (2000) para el análisis. Resultados: Los factores estudiados tienen influencia sobre el rendimiento de pectina, con un p-valor menor al 5%. El mayor rendimiento de pectina fue de 11,03% obtenido al emplear ácido cítrico a pH 2,0. Esta pectina presentó el mayor contenido de AGA (68,29%) y un contenido de metóxilo de 3,95%. La extracción de pectina con ácido sulfúrico a pH 3,0 dio como resultado la obtención de una pectina de bajo metóxilo (5,06% metóxilos) y por ende de una menor capacidad gelificante. Conclusión: El mayor rendimiento de extracción de pectina se obtuvo cuando se empleó ácido cítrico a pH 2,0, y se caracterizó por tener un mayor contenido de ácido galacturónico (AGA) (68,29%) cuyo valor representa la pureza del proceso de extracción. La pectina extraída a pH 3,0 con ácido sulfúrico presentó un contenido de metóxilos de 5,06% indicando que es una pectina de bajo metóxilo y de menor capacidad gelificante.

Palabras clave: Pectina, cacao, hidrolisis acida, metóxilos, ácido galacturónico.

ABSTRACT

Background: the peel of cacao (Theobroma cacao L.) is considered relatively low cost raw material to be a byproduct of the cocoa industry which is currently being sub-taken and could be a feasible source of pectin production at industrial level. Objective: This study aimed at the extraction and characterization of pectin from the peel of cacao (Theobroma cacao L.). Methods: The pectin was extracted by the acid hydrolysis method using citric acid and sulfuric acid as extractants, 60 min of heating at 85°C and at pH 2.0 and 3.0 for each agent according to (1), (2) and (3) and a multicategorical factorial design with 2 factors, 2 levels was established. The pectine was characterized in terms of methoxyl content and galacturonic acid (AGA) based on proposed by (4). To analyze Statgraphics® Plus 5.1 (2000) software was used. Results: The studied factors influence the performance of pectin, with a p-value less than 5%. The highest yield of 11.03% pectin was obtained by using citric acid at pH 2.0. This pectin had the highest content of AGA (68.29%) and a methoxyl content of 3.95%. Pectin extraction with sulfuric acid to pH 3.0 resulted in obtaining a low methoxyl pectin (5.06% methoxyl) and hence less gelling ability. Conclusions: The highest yield of extraction of pectin was obtained when citric acid at pH 2.0 was used, and was characterized by a higher content of galacturonic acid (AGA) (68.29%) whose value represents the purity of the process extraction. The pectin extracted at pH 3.0 with sulfuric acid showed a methoxyl content of 5.06% indicating a low methoxyl pectin and less gelling ability.

Keywords: Pectin, cocoa, acid hydrolysis, methoxyl, galacturonic acid.

(ProQuest: ... denotes formulae omitted)

INTRODUCCIÓN

El cacao (Theobroma cacao L.) es uno de los productos agroalimentarios de origen neotropical de mayor penetración en el mercado internacional y sus exportaciones en grano han representado más de 71% de volumen producido. En la explotación cacaotera solo se aprovecha económicamente la semilla, que representa aproximadamente un 10% del peso del fruto fresco. Esta circunstancia se ha traducido en serios problemas ambientales así como también problemas de disposición. Los desechos generados están constituidos en su mayoría por la cáscara, que además se considera un foco para la propagación de Phytophora spp, causa principal de pérdidas económicas de la actividad cacaotera (3). (5) extrajo pectinas del endocarpio de cacao con un rendimiento de 8,0% en base seca. Mientras que (6) obtuvo un rendimiento de extracción de 8,0% a 11,0% (base seca) a partir de cáscaras de cacao. De lograr extraer pectinas de dicha fuente se aumentaría el valor agregado del cacao y podría representar una solución parcial al problema ambiental generado por las cáscaras. Así entonces, esta investigación tiene como objetivo establecer si la cascara de cacao es una fuente significativa de pectina y lograr una caracterización de esta para analizar la eficiencia de la hidrolisis acida como método de extracción, poniendo así en evidencia el aprovechamiento que puede tener la cascara de cacao contribuyendo a la disminución de la contaminación de los ambientes donde actualmente se ven sus efectos negativos.

MATERIALES Y METODOS

Preparación de la materia prima

Se seleccionaron cáscaras del fruto de cacao en buen estado, provenientes de la zona pacifica del departamento de Nariño. Posteriormente se trocearon y deshidrataron a 55°C hasta alcanzar un contenido de humedad de aproximadamente 6% en la mufla STANDARD ASTM E 145-94 Type 11a. Una vez secas fueron molidas hasta a un tamaño de partícula de 4 um empleando un tamiz de malla 80.

Hidrólisis acida

Se siguió la metodología planteada por (1), (2) y (3) bajo un diseño factorial multicategórico con dos agentes extractantes (ácido cítrico y ácido sulfúrico) correspondientes al factor A y dos valores de pH (2,0 y 3,0) correspondientes al factor B. Se usó una relación de 1L de agua por 100 gramos de cáscaras. Las soluciones acidas fueron sometidas a calentamiento durante 60 minutos a 85°C con agitación constante. Luego se filtraron usando tela de liencillo, enfriando rápidamente por debajo de 25°C y se centrifugo en la centrifuga DINAMYC CENTRIFUGE PATETN No 211,466 durante 10 minutos a 3.000 r.p.m. Al sobrenadante se le adiciono etanol al 95% y se dejó reposar durante 24 horas. La pectina extraída se secó a temperatura ambiente. Los ensayos tuvieron dos replicas. Se estimó el rendimiento de extracción como la relación entre el peso de la pectina extraída y el peso inicial de la cáscara seca.

Caracterización de la pectina

Se evaluaron el contenido de metoxilos (% Metoxilos) (ecuación 1) y la cantidad de ácido anhidro galacturónico (%AAG) (ecuación 2), de acuerdo a lo planteado por (4) donde una solución de 0,5 g de pectina /100 ml de agua se tituló con NaOH 0,1 N (meq A). Luego se añadió 25 ml de NaOH 0,25N, se dejó reposar por 30 min, y se agregó 25 ml de HCl 0,25N; se tituló con NaOH 0,25N (meq B).

... Ecuación (1)

... Ecuación (2)

Análisis estadístico

Los resultados fueron interpretados mediante el análisis de varianza, grafico de interacciones y prueba de comparación de medias LSD de Fisher a un nivel de significancia del 5% mediante el programa estadístico Statgraphics® Plus 5.1 (2000).

RESULTADOS

La tabla 1 presenta los resultados obtenidos del rendimiento de la extracción y de las características fisicoquímicas de la pectina extraída de la cáscara de cacao mediante hidrólisis acida empleando como agentes extractantes ácido cítrico y ácido sulfúrico a pH 2,0 y 3,0. En la tabla 2 se presenta el resumen de la ANOVA de dos factores aplicado a los valores de rendimiento de extracción, contenido de metóxilos y de ácido galacturónico en términos de porcentaje.

DISCUSIÓN

Se encontró que tanto los factores (tipo de ácido y pH) como sus interacciones influyen significativamente en cada parámetro evaluado, a excepción del efecto del tipo de ácido sobre el contenido de metóxilo y de ácido galacturónico (AGA), cuyo valor p fue mayor a 0.05. Durante el proceso de extracción se obtuvo una fracción de sustancias pécticas de color pardo, esta coloración según (6, 7) se debe a la presencia de compuestos fenólicos, específicamente a la presencia de taninos. La obtención de pectina de color oscuro también fue reportada por (8) quien extrajo pectina a partir de cáscara de cacao.

Según la tabla 1 el mayor rendimiento de extracción fue de 11,03 %, el cual se obtuvo cuando se utilizó ácido cítrico como agente extractante a pH 2,0, mientras que el rendimiento a pH 3,0 con los dos tipos de ácido fue menor. Otros estudios concuerdan con lo encontrado en esta investigación, el mayor rendimiento de extracción de pectina a partir de frutos de Maushan (9) y de la cáscara del cambur manzano (10) se presentó cuando se empleó un pH 2.0 del agua acidulada con ácido cítrico. Según (2) el incremento en el rendimiento podría estar asociado a que durante el proceso de hidrólisis además de pectina se extrajeron diferentes biomoléculas existentes en la corteza como almidón, hemicelulosa, celulosa entre otros. El rendimiento obtenido en esta investigación resulta ser superior al reportado por (3) (2,64-4,69 %) de cacao, e inferior a los encontrado por (6) del 8-11% y (5) del 8% de rendimiento de extracción a partir de cáscara de cacao.

Aunque la interacción de los pH y ácidos tiene un efecto significativo en el porcentaje de metóxilo (5,06%), con una combinación de ácido sulfúrico y pH 3, sin embargo siguen siendo pectinas de bajo metóxilo al estar por debajo de 7% (3) lo que podría estar relacionado a la composición química del fruto y al efecto del agente extractante que posiblemente induce el rompimiento de los ésteres metílicos causando una disminución del contenido de metóxilo (2). El porcentaje de metóxilo encontrado en este estudio (5,06%) es mayor al encontrado por (2) de 2,22% y a (10) con 3,23%; y se encuentra en el rango establecido por (3).

El pH tiene un efecto significativo en el porcentaje de ácido galacturónico permitiendo un alcance mayor a pH bajos, lo que significa una pureza mayor de la pectina (11). El mayor contenido de ácido galacturonico (AGA) (68,29%), se obtuvo con ácido cítrico a pH 2,0. Este contenido de AGA es superior a los valores obtenidos por (6) correspondientes al 33,2 y 36,2% y por (3) de 49,8 y 64,06% de AGA en pectinas de cáscaras de cacao.

CONCLUSIÓN

El mayor rendimiento de extracción de pectina se obtuvo cuando se empleó ácido cítrico a pH 2,0, y se caracterizó por tener un mayor contenido de ácido galacturónico (AGA) (68,29%) cuyo valor representa la pureza del proceso de extracción. La pectina extraída a pH 3,0 con ácido sulfúrico presentó un contenido de metóxilos de 5,06% indicando que es una pectina de bajo metóxilo y de menor capacidad gelificante. Aunque las condiciones de hidrólisis ácida de extracción de pectina a partir de cáscara de cacao no resultaron ser las mejores se justifica que este subproducto de la industria cacaotera pueda ser una fuente factible de obtención de pectina si se optimizan las condiciones de extracción.

References

REFERENCIAS

1. Devia JE. Proceso para producir pectinas cítricas. Universidad EAFIT. 2003 Ene; 2(129): 22-29.

2. Vásquez R, Ruesga L, D'addosio R, Páez G, Marín M. Extracción de pectina a partir de la cáscara de plátano (Musa AAB, subgrupo plátano) clon Hartón Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2008; 25(2): 318- 333.

3. Barazarte H, Sangronis E, Unai E. La cáscara de Cacao (Theobroma cacao L): Una posible fuente comercial de pectinas. Órgano Oficial de la Sociedad Latinoamericana de Nutrición. 2008; 58(1): 64-69.

4. Untiveros GS. Obtención y Caracterización de Pectinas de Alto Metoxilo y Bajo Metoxilo de la Manzana Variedad Pachacamac. Revista de la sociedad de química del Perú. 2003; 69(3): 55-162.

5. Fontes PR. Estudo da pectina do mel e da casa do fruto do cacao. Revista Theobroma. 1972; 2(2): 49-51.

6. Adomako D. Cocoa pod husk pectin. Phytochemistry. 1972 Mar; 11(3): 145-148.

7. Francis BJ, Bell MK. Comercial pectin: a review. Tropical science 1975; 17(1): 25-44.

8. Blakemore WR, Dewar E.T, Hodge RA. Polysaccharides of the Cocoa pod husk. Journal of the Science of Food and Agriculture. 1966 Jun; 17(12): 558-560.

9. Maldonado Y, Salazar SM, Millones CE, Torres EV, y Vásquez ER. Extracción de pectina mediante el método de hidrólisis acida en frutos de Maushan (Vasconcella weberbaueri (Harms) V.M Badillo) provenientes del distrito de San Miguel de Soloco, región Amazonas, Revista aporte Santiaguino. 2010; 3(2): 77-184.

10. Arellanes A, Jaraba M, Mármol Z, Páez G, Aiello C, Rincón M. Obtención y caracterización de pectina de la cáscara del Cambur Manzano (Musa AAB). Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2011 Oct; 28(4): 441-620.

11. Pagan J. Degradación enzimática y características físicas y químicas de la pectina del bagazo de melocotón. Servei de Publicacions Universitat de Lleida. 1998; 54-98.